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C POSIX 系统编程规范

强制约定

1. 所有系统调用返回值必须检查；-1 + errno 为唯一可靠错误信号。
2. read / write 处理 EINTR 与短读短写（封装 read_all / write_all）。
3. close 也要检查返回值（特别是写文件后）。
4. fork 子进程退出用 _exit，不要走 atexit / stdio flush。
5. waitpid 回收所有子进程，避免僵尸；或显式 SA_NOCLDWAIT。
6. 信号注册一律 sigaction + sigemptyset；不用 signal()（语义跨平台不一致）。
7. 服务端 socket 设 SO_REUSEADDR；现代应用同时考虑 SO_REUSEPORT。
8. 高并发场景使用 epoll(Linux) / kqueue(macOS/BSD)，跨平台兜底用 poll。

fd I/O 封装

ssize_t read_all(int fd, void *buf, size_t n) {
    size_t tot = 0;
    while (tot < n) {
        ssize_t r = read(fd, (char *)buf + tot, n - tot);
        if (r < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; }
        if (r == 0) break;          // EOF
        tot += (size_t)r;
    }
    return (ssize_t)tot;
}

ssize_t write_all(int fd, const void *buf, size_t n) {
    size_t tot = 0;
    while (tot < n) {
        ssize_t w = write(fd, (const char *)buf + tot, n - tot);
        if (w < 0) { if (errno == EINTR) continue; return -1; }
        tot += (size_t)w;
    }
    return (ssize_t)tot;
}

设置 O_CLOEXEC（open(... O_CLOEXEC)、accept4、pipe2）防止 fd 在 exec 后泄漏。

fork / exec / waitpid

pid_t pid = fork();
if (pid < 0) { perror("fork"); return -1; }
if (pid == 0) {
    execvp(argv[0], argv);
    perror("execvp");
    _exit(127);
}
int status;
while (waitpid(pid, &status, 0) < 0)
    if (errno != EINTR) { perror("waitpid"); break; }
if (WIFEXITED(status))   /* WEXITSTATUS(status) */;
if (WIFSIGNALED(status)) /* WTERMSIG(status) */;

信号处理

static volatile sig_atomic_t stop = 0;
static void on_term(int sig) { (void)sig; stop = 1; }

struct sigaction sa = { .sa_handler = on_term, .sa_flags = SA_RESTART };
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sigaction(SIGINT,  &sa, NULL);
sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);

避免 SA_RESTART 与需要超时退出的循环混用——按需选择不带 SA_RESTART 并显式处理 EINTR。

网络（TCP）

int srv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC, 0);
int one = 1;
setsockopt(srv, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof one);
#ifdef SO_REUSEPORT
setsockopt(srv, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &one, sizeof one);
#endif

struct sockaddr_in addr = {
    .sin_family = AF_INET,
    .sin_port   = htons(8080),
    .sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY),
};
bind(srv, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
listen(srv, SOMAXCONN);

非阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK)，或 accept4(srv, ..., SOCK_NONBLOCK|SOCK_CLOEXEC)。

I/O 多路复用

Linux epoll

int ep = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
struct epoll_event ev = { .events = EPOLLIN | EPOLLET, .data.fd = srv };
epoll_ctl(ep, EPOLL_CTL_ADD, srv, &ev);

struct epoll_event evs[64];
int n = epoll_wait(ep, evs, 64, -1);
for (int i = 0; i < n; i++) { /* ... */ }

macOS / BSD kqueue

int kq = kqueue();
struct kevent ch;
EV_SET(&ch, srv, EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);
kevent(kq, &ch, 1, NULL, 0, NULL);
struct kevent evs[64];
int n = kevent(kq, NULL, 0, evs, 64, NULL);

可移植兜底 poll / ppoll

中等并发（<1000 fd）跨平台使用 poll；需要原子修改信号掩码用 ppoll / pselect。

文件系统

• mkdir 处理 EEXIST。
• readdir 不需要 readdir_r（已废弃，POSIX.1-2008 起 readdir 在不同 DIR 上线程安全）。
• 大文件读写用 pread / pwrite 避免显式 lseek。
• mmap 适合大文件随机访问；记得 madvise(MADV_RANDOM/SEQUENTIAL)。

进程间通信

| 机制 | 适用 | |------|------| | pipe / pipe2 | 父子 / 兄弟 | | socketpair | 双向，跨 exec | | POSIX shm + sem | 大数据共享 | | Unix domain socket + SCM_RIGHTS | 跨进程传 fd |

检查清单

• [ ] 所有系统调用返回值已检查
• [ ] read/write 处理 EINTR + 短读写
• [ ] O_CLOEXEC / SOCK_CLOEXEC 设置
• [ ] 子进程用 _exit，父进程 waitpid 回收
• [ ] 信号一律 sigaction
• [ ] 服务端设 SO_REUSEADDR（可选 SO_REUSEPORT）
• [ ] 高并发用 epoll / kqueue，可移植用 poll
• [ ] 无 fd 泄漏（ASan + LeakSanitizer + lsof 自检）

权威参考

• POSIX.1-2017 / IEEE Std 1003.1 — https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/
• Linux man-pages — https://man7.org/linux/man-pages/
• epoll(7) — https://man7.org/linux/man-pages/man7/epoll.7.html
• kqueue(2) (FreeBSD) — https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?kqueue
• W. R. Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment (APUE)